D'origine serbe, Brad Dexter (de son vrai nom Boris Milanovich) est né le 9 avril 1917 à Goldfield, une petite ville de l'état du Nevada. Pour combattre sa timidité et un certain manque de confiance en soi, le jeune homme arpente les rings de boxe durant son adolescence puis s'inscrit aux cours d'art dramatique de Pasadena Playhouse. Assigné à l'Air Corps pendant la Seconde guerre mondiale, les performances théâtrales du comédien sont remarquées alors qu'il joue dans une pièce rendant hommage aux héros de l'aviation de guerre, Winged Victory, sous le pseudonyme de Barry Mitchell. Il apparaît pour la première fois sur grand écran dans une adaptation de cette pièce, dirigé par George Cukor en 1944.

Le théâtre permet également au comédien de se faire remarquer par le réalisateur John Huston, qui lui offre un rôle de méchant dans le film noir Quand la ville dort en 1950. Un vrai virage dans sa carrière : l'acteur abandonne son ancien nom pour adopter définitivement le pseudonyme Brad Dexter, et devient dès lors un visage marquant des personnages de méchants du cinéma américain, que ce soit dans des films policiers (Le Paradis des mauvais garcons en 1952, La Maison de bambou et Les Inconnus dans la ville en 1955) ou des films de guerre (Le Temps de la colère en 1956, L'Odyssée du sous-marin Nerka en 1958).

Sa carrière atteint son apogée grâce au western, plus particulièrement grâce à John Sturges en 1959 pour Le Dernier train de Gun Hill et l'année suivante en faisant partie de l'équipe des Sept mercenaires aux côtés de James Coburn, Yul Brynner, Charles Bronson et Steve McQueen. Sans atteindre toutefois la côte de popularité de ses compagnons, l'énorme succès du film lui permet d'acquérir une certaine notoriété, renforcée plus tard par une belle amitié avec des stars telles que Marilyn Monroe et Frank Sinatra. Les deux hommes tourneront sous la direction de Jack Lee Thompson en 1963 dans Les Rois du soleil, puis le célèbre crooner demandera à Brad Dexter de tenir un rôle dans son seul film en tant que réalisateur, L'Ile des braves (1965).

Par la suite, le comédien apparaîtra moins régulièrement sur grand écran, privilégiant la production. Il s'essaiera à la comédie romantique auprès de Warren Beatty, Julie Christie et Goldie Hawn dans Shampoo (1975), puis le drame Winter kills en 1979, son dernier film américain. Retiré de la scène publique, sa dernière apparition remonte à 2000 dans un making-of télévisé des Sept Mercenaires.